長距離采區(qū)柴油機齒軌車輔助運輸系統(tǒng)適應(yīng)性研究

蔣 兵,段 瑞,謝 苗

(1.潞安集團余吾煤業(yè)有限責(zé)任公司,山西 長治 046100;2.遼寧工程技術(shù)大學(xué) 機械工程學(xué)院,遼寧 阜新 123000)

煤礦輔助運輸是指煤礦井下的運輸,包括人員、材料、設(shè)備和矸石等各種除煤炭以外的運輸[1]。近年來我國大力發(fā)展建設(shè)大型礦井,煤礦企業(yè)以及相關(guān)的設(shè)備生產(chǎn)廠家也逐步加大對煤礦輔助運輸設(shè)備建設(shè)的力度,但是,由于忽視了各種設(shè)備之間的適應(yīng)性問題,導(dǎo)致了目前煤礦輔助運輸裝備系統(tǒng)的多樣性和復(fù)雜性[2]。為充分發(fā)揮大型輔助運輸設(shè)備的性能,提高相關(guān)設(shè)備的利用率,選擇科學(xué)合理的輔助運輸系統(tǒng)和提高輔助運輸效率成為加快建設(shè)大中型煤礦安全高效礦井必須解決的問題[3]。

柴油機齒軌車輔助運輸系統(tǒng)與傳統(tǒng)的煤礦井下輔助運輸系統(tǒng)相比,具有牽引能力大、機動靈活、適應(yīng)長距離采區(qū)等特點[4]。柴油機齒軌車輔助運輸系統(tǒng)能夠適應(yīng)起伏不平和坡度不同的巷道,可以在近水平煤層礦井中實現(xiàn)矸石、材料、設(shè)備和人車直達的一條龍運輸,是輔助運輸發(fā)展的新方向,能為大中型煤礦安全高效礦井建設(shè)提供有利條件。余吾煤業(yè)作為現(xiàn)代化大型煤礦企業(yè),隨著礦井開采距離的不斷延伸,現(xiàn)有的一些輔助運輸裝備不能適應(yīng)長距離采區(qū)的輔助運輸,而柴油機齒軌車輔助運輸系統(tǒng)正好能夠彌補現(xiàn)有輔助運輸系統(tǒng)存在的不足,實現(xiàn)建設(shè)高效、安全、現(xiàn)代化的礦井,為企業(yè)創(chuàng)造更多的效益[5]。

1 工程概況

余吾煤業(yè)礦井井田面積約161.2 km2,地質(zhì)儲量約15.3億t,可采儲量約6.8億t。南一采區(qū)3號煤層賦存穩(wěn)定,傾角平緩,構(gòu)造簡單,開采條件優(yōu)越。根據(jù)余吾煤業(yè)的產(chǎn)量計劃安排和實際采掘能力核算,南一采區(qū)生產(chǎn)規(guī)模為300萬t/a。

南一采區(qū)運輸現(xiàn)狀:從副立井下井后,在+400 m南翼水平軌道大巷內(nèi)由電機車將物料、設(shè)備運送至南翼軌道進風(fēng)聯(lián)絡(luò)平巷,再經(jīng)南翼進風(fēng)大巷、南一采區(qū)1#措施巷、南一采區(qū)進風(fēng)上山等巷道運輸至用料地點;其中,南翼進風(fēng)大巷運輸距離約為500 m(最大坡度8°),南一采區(qū)1#措施巷運輸距離約為150 m(最大坡度8°),南一采區(qū)進風(fēng)上山Ⅰ段運輸距離約為2 400 m(最大坡度22°),南一采區(qū)進風(fēng)上山Ⅱ段運輸距離約為2 300 m(最大坡度21°)。

該采區(qū)煤層賦存穩(wěn)定,傾角平緩,構(gòu)造簡單,巷道坡度多為12°～25°。采區(qū)運輸線路共存在3處轉(zhuǎn)彎?，F(xiàn)有的主要設(shè)備運輸車輛為繩牽引卡軌車,主要的運人設(shè)備為架空人車裝置。圖1為南一采區(qū)巷道布置圖。

圖1 南一采區(qū)巷道布置圖Fig.1 Roadway layout of No.1 south mining area

2 齒軌車主要技術(shù)參數(shù)

根據(jù)南一采區(qū)的運輸現(xiàn)狀,采用德國沙爾夫集團公司生產(chǎn)的ZL 200-130-900 D型柴油機齒軌式卡軌車(見圖2)。該設(shè)備為柴油機驅(qū)動的齒軌式卡軌車,采用盤式液壓制動,機械傳動方式。軌道系統(tǒng)采用SMT-140型軌道,牽引力為200 kN,制動力大于300 kN,機車最大速度為3 m/s,可實現(xiàn)無級調(diào)速;最大爬坡角度達到30°,水平轉(zhuǎn)彎半徑為大于4.7 m,垂直轉(zhuǎn)彎半徑20 m。其主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

圖2 ZL 200-130-900 D型柴油機齒軌車Fig.2 ZL 200-130-900 D diesel rack rail vehicle

表1 ZL 200-130-900 D型齒軌卡軌車主要技術(shù)參數(shù)Table 1 Main technical parameters of ZL 200-130-900 D rack rail vehicle

3 齒軌車輔助運輸系統(tǒng)適應(yīng)性分析

針對該礦基礎(chǔ)地質(zhì)條件及輔助設(shè)備性能特點,我們從安全性、技術(shù)性和經(jīng)濟性等方面將齒軌車輔助運輸系統(tǒng)與繩牽引卡軌車和架空乘人裝置系統(tǒng)進行對比分析[6]。

3.1 安全性對比分析

1)繩牽引卡軌車運行和架空乘人裝置運人時,巷道內(nèi)有鋼絲繩運行,對巷道頂板及巷幫的要求高,且存在斷繩傷人的風(fēng)險。而齒軌車沒有斷繩的風(fēng)險,運輸安全性好。

2)南一采區(qū)進風(fēng)上山巷道全長約4 720 m,如使用繩牽引卡軌車運輸,至少要3部卡軌車接力運輸,且在卡軌車之間需要布置車場和對拉絞車,中間環(huán)節(jié)多,安全系數(shù)低;架空乘人裝置在膠帶巷內(nèi)運行,乘車人員分布較散,管理難度增加。而齒軌車可進行長距離運輸,且不需要轉(zhuǎn)載,能實現(xiàn)集中運輸,安全管理難度小,中間環(huán)節(jié)少,運輸安全有保障。

3)繩牽引卡軌車運行時,整個巷道內(nèi)都有鋼絲繩運行,運輸涉及的線路長;使用架空乘人裝置運行易出現(xiàn)吊椅脫落、搖擺的情況,會影響帶式輸送機的運行,甚至出現(xiàn)吊椅撕扯皮帶的情況。而使用齒軌車運行時,只是一個點的運輸,不受巷道內(nèi)其他區(qū)段的影響,運輸安全有保障。

3.2 技術(shù)性對比分析

1)齒軌車能適應(yīng)巷道多轉(zhuǎn)彎、多起伏、大坡度的運輸條件,無需管理且通訊準確,可隨時停車,將工作人員直接運送至作業(yè)地點,使用更靈活。而卡軌車受鋼絲繩影響,轉(zhuǎn)彎時,鋼絲繩受力增加,安全系數(shù)降低,且不能連續(xù)轉(zhuǎn)彎,在巷道起伏嚴重時,對托壓繩輪的使用要求高,鋼絲繩磨損嚴重,安全性較差;架空乘人裝置只能將工作人員運送至膠帶上山巷道沿線的各個貫眼口,工作人員還需要步行至作業(yè)地點。

2)齒軌車不用考慮驅(qū)動部分的巷道設(shè)置,直接安上軌道并與地面軌道對接即可使用,與電機車實現(xiàn)無縫對接,方便管理。而卡軌車需要考慮機頭設(shè)備位置,設(shè)置專門的機頭硐室和機尾墜砣坑等,且需要安裝專門的供電線路,現(xiàn)場布置較為復(fù)雜。

3)齒軌車運行靈活,可以直接將物料、設(shè)備從換裝車場運輸至工作面順槽內(nèi),真正實現(xiàn)一站式運輸。而繩牽引卡軌車還需要使用單軌吊進行換裝,接替運輸,運輸效率較低。

4)齒軌車使用工作人員比繩牽引卡軌車少很多,平均每班2人(司機1人，跟車工1人)，用人成本低，可實現(xiàn)減人提效。而每部繩牽引卡軌車至少需要4人(司機1人、跟車工2人,警戒1人)。南一采區(qū)使用卡軌車運輸,需要投入3部卡軌車,至少需要12人,而使用齒軌車運輸,可直接減少83%的人員投入。一部架空乘人裝置至少需要5人(司機2人、檢修工2人,變頻器、開關(guān)等電氣設(shè)備維護工1人),投入2部架空乘人裝置,至少需要7人,而使用齒軌車運人,可直接減少57%的人員投入。

5)根據(jù)南一采區(qū)的采掘情況分析,采區(qū)最大班作業(yè)人數(shù)如表2所示。

表2 南一采區(qū)采掘工作面、其他采區(qū)作業(yè)點人員分布情況Table 2 Personnel distribution in the mining face and other mining sites in No.1 south mining area

南一采區(qū)(北區(qū))最大班作業(yè)人數(shù)約為77人,交接班時約為154人,若使用架空人車裝置運送人員,需要布置2部架空人車裝置,且設(shè)備閑置率較高。而使用齒軌車人車配備5節(jié)人車車廂(根據(jù)情況還可增加車廂),可同時運送80人(每節(jié)可乘坐16人),能滿足最大班作業(yè)人數(shù)運輸要求,而且齒軌車在不運人期間還可以運送物料,充分發(fā)揮設(shè)備的功能,不存在閑置的情況。

3.3 經(jīng)濟性對比分析

1)南一采區(qū)巷道長達4 720 m,運輸線路共存在3處轉(zhuǎn)彎,若使用卡軌車則需要3部繩牽引卡軌車進行接力,且均存在彎道;運人時需要布置2部架空乘人裝置,設(shè)備投資較大。而使用齒軌車的話,一臺機車就能滿足巷道多轉(zhuǎn)彎、多起伏的運輸狀況,使用齒軌車運人,則只需購置人車車廂即可,投資較少。

2)繩牽引卡軌車涉及鋼絲繩、異形軌、托繩輪、壓繩輪和彎道輪等設(shè)備，附屬配件多;架空乘人裝置涉及鋼絲繩、托繩輪、壓繩輪等各類保護裝置,附屬配件多,檢修強度大、后期配件投入多。而齒軌車整個運輸線路只涉及齒軌道,后期費用低。

柴油機齒軌車與卡軌車、架空人車裝置設(shè)備投資比較情況如表3所示。

表3 設(shè)備投資比較Table 3 Comparison of equipment investment

綜上,使用齒軌車可以解決余吾煤業(yè)輔助運輸存在的問題,滿足重型設(shè)備運輸需求，保障人員運輸安全,實現(xiàn)人員集中運輸，做到節(jié)約資金、減人增效。

4 結(jié)論

基于余吾煤業(yè)南一采區(qū)輔助運輸系統(tǒng)現(xiàn)狀,分析了其運輸巷道下現(xiàn)有運輸設(shè)備存在的問題,提出用防爆柴油機齒軌車替代部分運輸設(shè)備的方案。分析了齒軌車參數(shù)后,將現(xiàn)有輔助運輸系統(tǒng)與柴油機齒軌車輔助運輸系統(tǒng)進行安全性、技術(shù)性和經(jīng)濟性等方面的比對分析。實踐證明用齒軌車代替繩牽引卡軌車和架空人車裝置,能夠極大地提高運輸線路的效率和安全系數(shù),解決原線路中設(shè)備故障率高、重型設(shè)備運輸困難、工人運輸過程中人員安全難以保障等問題,滿足了煤礦長距離、大坡度、多彎道環(huán)境下對于重型設(shè)備和人員的運輸要求。